JP2007184218A - Ion generating device of ion implantation machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオン注入機（Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔｅｒ）のイオン発生装置に関し、より詳細には、イオン発生装置のアークチャンバ（Ａｒｃ Ｃｈａｍｂｅｒ）内部に電場を印加して前記アークチャンバ内部のイオンの抽出率を高めるイオン注入機のイオン発生装置に関する。 The present invention relates to an ion generator of an ion implanter, and more particularly, to increase the extraction rate of ions inside the arc chamber by applying an electric field to the inside of the arc chamber of the ion generator. The present invention relates to an ion generator of an ion implanter.
イオン注入機は、半導体製造工程において、ウエハ（Ｗａｆｅｒ）に不純物（ｉｍｐｕｒｉｔｙ）を注入（ｉｍｐｌａｎｔ）して前記ウエハが電気的性質を有するようにするイオン注入工程において用いられる装備である。すなわち、半導体装置の製造設備のうち、イオン注入機はイオン注入工程のための装備であり、イオン注入工程は、ウエハに対する不純物注入のための基本工程技術として周知されている。イオン注入技術の原理は、高エネルギーのイオンビームをウエハに印加し、イオンがウエハ内に物理的に埋め立てられるようにするものであって、主に４族のシリコンに３族や５族のホウ素（Ｂ：Ｂｏｒｏｎ）、リン（Ｐ：Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）、ヒ素（Ａｓ：Ａｒｓｅｎｉｃ）、アンチモン（Ｓｂ：Ａｎｔｉｍｏｎｙ）などのイオンを注入する方式が用いられる。 The ion implanter is an equipment used in an ion implantation process in which impurities are implanted into a wafer so that the wafer has electrical properties in a semiconductor manufacturing process. That is, in a semiconductor device manufacturing facility, an ion implanter is equipment for an ion implantation process, and the ion implantation process is well known as a basic process technique for implanting impurities into a wafer. The principle of the ion implantation technique is to apply a high-energy ion beam to the wafer so that the ions are physically buried in the wafer. A method is used in which ions such as (B: Boron), phosphorus (P: Phosphorus), arsenic (As: Arsenic), and antimony (Sb: Antimony) are implanted.
図１は、従来技術によるイオン注入機の構成を示した図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ion implanter according to the prior art.
図１に示されたように、イオン注入機は、イオン注入（Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）工程のために、イオン発生装置（１１０）、加速電極（１２０）、電磁石（１３０）、およびイオンビーム形状修正電極（１４０）を含んで構成される。イオン発生装置（１１０）は、所定のイオンを発生させて加速電極（１２０）に前記イオンを抽出する。加速電極（１２０）は、前記イオンを加速させる。電磁石（１３０）は、前記加速されたイオンの中から必要なイオンのみを選別した後、イオンビーム形状修正電極（１４０）に送る。イオンビーム形状修正電極（１４０）は、前記選別されたイオンのイオンビーム形状を修正してウエハ（１５０）に注入する。前記イオンが注入されることによって、ウエハ（１５０）は電気的性質を有するようになる。 As shown in FIG. 1, the ion implanter includes an ion generator (110), an acceleration electrode (120), an electromagnet (130), and an ion beam shape modification electrode (ion) for an ion implantation process. 140). The ion generator (110) generates predetermined ions and extracts the ions to the acceleration electrode (120). The acceleration electrode (120) accelerates the ions. The electromagnet (130) selects only necessary ions from the accelerated ions and then sends them to the ion beam shape correcting electrode (140). The ion beam shape correcting electrode (140) corrects the ion beam shape of the selected ions and injects the ion beam into the wafer (150). When the ions are implanted, the wafer (150) has electrical properties.
図２は、従来技術によるイオン注入機のイオン発生装置の構成を示した図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an ion generator of an ion implanter according to the related art.
図２に示されたように、従来技術によるイオン発生装置は、アークチャンバ（２１０）および抽出電極（２２０）で構成され、アークチャンバ（２１０）にはフィラメント（Ｆｉｌａｍｅｎｔ）（２１１）、ガス放出素子（２１２）、スリット（Ｓｌｉｔ）（２１３）、およびリペラー（Ｒｅｐｅｌｌｅｒ）（２１５）が設置される。 As shown in FIG. 2, the conventional ion generator includes an arc chamber (210) and an extraction electrode (220). The arc chamber (210) includes a filament (211), a gas emitting element. (212), a slit (213), and a repeller (215).
フィラメント（２１１）は、所定の温度で加熱される場合に電子（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）を生成する。前記生成された電子は、フィラメント（２１１）とアークチャンバ（２１０）に電圧Ｖｆが印加される場合、加速されてイオン生成に必要なエネルギーを得る。前記生成された電子は、アークチャンバ（２１０）内部の電場特性によってアークチャンバ壁面に消滅したり、リペラー（２１５）まで加速された電子は、陰極に導電されたリペラー（２１５）によって発生する斥力（Ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）によって再びアークチャンバ（２１０）内部に加速されたりする。 The filament (211) generates electrons when heated at a predetermined temperature. The generated electrons are accelerated when the voltage Vf is applied to the filament (211) and the arc chamber (210) to obtain energy necessary for ion generation. The generated electrons disappear on the wall surface of the arc chamber due to the electric field characteristics inside the arc chamber (210), and the electrons accelerated to the repeller (215) are repulsive force (215) generated by the repeller (215) conducted to the cathode. It is accelerated again inside the arc chamber (210) by the repulsion force.
また、ガス放出素子（２１２）は、所定の中性ガス（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｇａｓ）をアークチャンバに注入する。前記注入された中性ガスと前記電子が互いに衝突してイオンが発生する。前記発生されたイオンが抽出可能領域（２１４）に存在する場合、前記イオンはスリット（２１３）を介して抽出電極（２２０）に抽出（Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）される。すなわち、抽出電極（２２０）には電圧Ｖｅが印加されるため、アークチャンバ（２１０）と抽出電極（２２０）の間に形成された電場によって前記イオンがスリット（２１３）を介して抽出電極（２２０）に抽出されることができる。 Further, the gas release element (212) injects a predetermined neutral gas (Neutral Gas) into the arc chamber. The injected neutral gas and the electrons collide with each other to generate ions. When the generated ions are present in the extractable region (214), the ions are extracted to the extraction electrode (220) through the slit (213). That is, since the voltage Ve is applied to the extraction electrode (220), the ions are caused to pass through the slit (213) by the electric field formed between the arc chamber (210) and the extraction electrode (220). 220).
この時、抽出可能領域（２１４）に存在しないイオンは、抽出電極（２２０）に抽出されず、アークチャンバ（２１０）内部に残留するようになる。アークチャンバ（２１０）内部に残留する前記イオンは、フィラメント（２１１）およびリペラー（２１５）などと衝突（Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）してフィラメント（２１１）およびリペラー（２１５）に損傷を与えることがある。また、前記残留イオンが累積することによって、アークチャンバ（２１０）の電場分布が時間的に変動するようになり、フィラメント（２１１）とリペラー（２１５）周辺にアーク（Ａｒｃ）が発生する可能性が高くなる。 At this time, ions that are not present in the extractable region (214) are not extracted to the extraction electrode (220) and remain inside the arc chamber (210). The ions remaining inside the arc chamber (210) may collide with the filament (211) and the repeller (215) to damage the filament (211) and the repeller (215). In addition, the accumulation of the residual ions causes the electric field distribution of the arc chamber (210) to fluctuate with time, and an arc (Arc) may be generated around the filament (211) and the repeller (215). Get higher.
また、従来技術によるイオン供給装置では、発生されたイオンが抽出可能領域（１１４）に存在しない可能性が高く、抽出されるイオンの数が少ないことによって残留イオンの数は増加するようになる。従って、上述した問題点が発生する確率も高く、イオン注入工程の効率を低下させるという問題点がある。 In addition, in the ion supply device according to the related art, there is a high possibility that the generated ions are not present in the extractable region (114), and the number of residual ions increases due to the small number of extracted ions. Therefore, there is a high probability that the above-described problems will occur, and there is a problem that the efficiency of the ion implantation process is reduced.
このような従来技術の問題点によって、アークチャンバ（２１０）内に存在するイオンがスリット（２１３）を介して抽出電極（２２０）に効率的により多く抽出されるようにし、アークチャンバ（２１０）内の残留イオンを減少させることが可能なイオン発生装置の開発が要求されている。 Due to the problems in the prior art, ions existing in the arc chamber (210) are efficiently extracted to the extraction electrode (220) through the slit (213), and the arc chamber (210) Development of an ion generator capable of reducing the residual ions of the metal is required.
本発明は、前記のような従来技術を改善するために案出されたものであって、スリットと対向するアークチャンバ内面に所定の電極を設置し、前記電極を介して前記スリット方向に電場を印加することによって前記アークチャンバ内に存在するイオンが前記スリットを介してより効率的に抽出されるようにし、前記アークチャンバ内の残留イオンを減少させると同時に、イオン注入に用いられるイオン量を増加させるイオン注入機のイオン発生装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in order to improve the prior art as described above. A predetermined electrode is installed on the inner surface of the arc chamber facing the slit, and an electric field is applied to the slit direction through the electrode. By applying the ions, ions existing in the arc chamber are extracted more efficiently through the slits, and the residual ions in the arc chamber are reduced, and at the same time, the amount of ions used for ion implantation is increased. An object of the present invention is to provide an ion generator for an ion implanter.
また、本発明は、フィラメントから放出される電子を螺旋運動するようにすることによって運動軌跡を長くし、前記電子の前記アークチャンバ内の残留時間を増加させる磁場発生装置と前記電極にそれぞれ供給される電流／電圧信号を時間的に同期化することによってイオンの発生確率を高めると同時に、前記抽出されるイオンの量を調節することができるようにし、前記電流／電圧信号の印加時に発生する電子の損失を減らすことができるイオン注入機のイオン発生装置を提供することを目的とする。 The present invention also provides a magnetic field generator and an electrode for extending the movement trajectory by spirally moving the electrons emitted from the filament and increasing the remaining time of the electrons in the arc chamber. The current / voltage signal is synchronized with time to increase the probability of ion generation, and at the same time, the amount of extracted ions can be adjusted, and the electrons generated when the current / voltage signal is applied. An object of the present invention is to provide an ion generator for an ion implanter that can reduce the loss of the ion implanter.
また、本発明は、前記のように、イオンをスリットを介してより効率的に外部に抽出し、アークチャンバ内の残留イオンの数を減少させることによって、前記アークチャンバおよび前記アークチャンバに設置される各素子の寿命を増加させ、システムの性能を向上させることができるイオン注入機のイオン発生装置を提供することを目的とする。 In addition, as described above, the present invention can be installed in the arc chamber and the arc chamber by more efficiently extracting ions to the outside through the slit and reducing the number of residual ions in the arc chamber. It is an object of the present invention to provide an ion generator for an ion implanter that can increase the lifetime of each element and improve the performance of the system.
前記目的を達成し、従来技術の問題点を解決するために、本発明によるイオン注入機のイオン発生装置は、イオン抽出のためのスリット（Ｓｌｉｔ）が設置され、第１電圧で等電位面（Ｅｑｕｉｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ）を形成するアークチャンバ（Ａｒｃ Ｃｈａｍｂｅｒ）と、前記アークチャンバ内部に設置され、所定の温度で加熱されて電子（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）を生成するフィラメント（Ｆｉｌａｍｅｎｔ）と、前記アークチャンバの外部に設置され、電流ソースから電流が印加されて前記アークチャンバ内に磁場（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ）を発生させる磁場素子と、前記アークチャンバ内部に所定のガス（Ｇａｓ）を注入するガス放出素子と、前記スリットと対面して位置し、電圧ソースから前記第１電圧より大きい値を有する第２電圧が印加されて前記アークチャンバ内に電場を発生させる電極とを含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object and solve the problems of the prior art, the ion generator of the ion implanter according to the present invention is provided with a slit for ion extraction, and equipotential surface ( An arc chamber that forms an equipotential surface; a filament that is installed inside the arc chamber and is heated at a predetermined temperature to generate electrons; and is installed outside the arc chamber. A magnetic field element that generates a magnetic field in the arc chamber when a current is applied from a current source; a gas discharge element that injects a predetermined gas (Gas) into the arc chamber; and the slit. From the first voltage from the voltage source The second voltage is applied with a threshold characterized in that it comprises an electrode for generating an electric field in the arc chamber.
本発明のイオン注入機のイオン発生装置によると、スリットと対向するアークチャンバ内面に所定の電極を設置し、前記電極を介して前記スリット方向への電場を発生させることによって前記アークチャンバ内に存在するイオンが前記スリットを介してより効率的に抽出されるようにし、前記アークチャンバ内の残留イオンを減少させると同時に、イオン注入に用いられるイオン量を増加させる効果を得ることができる。 According to the ion generator of the ion implanter of the present invention, a predetermined electrode is installed on the inner surface of the arc chamber facing the slit, and an electric field in the slit direction is generated through the electrode to exist in the arc chamber. Ions can be extracted more efficiently through the slit, and the residual ions in the arc chamber can be reduced, and at the same time, the amount of ions used for ion implantation can be increased.
また、本発明のイオン注入機のイオン発生装置によると、フィラメントから放出される電子を螺旋運動するようにすることによって運動軌跡を長くし、前記電子の前記アークチャンバ内の残留時間を増加させる磁場発生装置と前記電極にそれぞれ供給される電流／電圧信号を時間的に同期化することによって前記電子からイオンの発生確率を増加させると同時に、前記抽出されるイオンの量を調節することができるようにし、前記電力信号の印加時に発生する恐れのある電子の損失を減らす効果を得ることができる。 In addition, according to the ion generator of the ion implanter of the present invention, the magnetic field that lengthens the motion trajectory by spirally moving the electrons emitted from the filament and increases the residual time of the electrons in the arc chamber. It is possible to increase the probability of ion generation from the electrons and to adjust the amount of extracted ions by synchronizing the current / voltage signals supplied to the generator and the electrodes in time. In addition, it is possible to obtain an effect of reducing the loss of electrons that may occur when the power signal is applied.
また、本発明のイオン注入機のイオン発生装置によると、前記のように、イオンをスリットを介してより効率的に外部に抽出し、アークチャンバ内の残留イオンの数を減少させることによって前記アークチャンバおよび前記アークチャンバに設置される各素子の寿命を増加させ、システムの性能を向上させることができる効果を得ることができる。 Further, according to the ion generator of the ion implanter of the present invention, as described above, ions are more efficiently extracted to the outside through the slits, and the number of residual ions in the arc chamber is reduced, thereby reducing the arc. The lifetime of each element installed in the chamber and the arc chamber can be increased, and the system performance can be improved.
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図３は、本発明の一実施形態によるイオン発生装置の構成を示した図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an ion generator according to an embodiment of the present invention.
本発明の一実施形態によるイオン発生装置は、アークチャンバ（Ａｒｃ Ｃｈａｍｂｅｒ）（３１０）、フィラメント（Ｆｉｌａｍｅｎｔ）（３１１）、リペラー（Ｒｅｐｅｌｌｅｒ）（３１２）、電極（３１３）、ガス放出素子（３１４）、スリット（Ｓｌｉｔ）（３１５）、第１磁場素子（３２１）、第２磁場素子（３２２）、および同期制御部（３３０）を含んで構成される。 An ion generator according to an embodiment of the present invention includes an arc chamber (310), a filament (311), a repeller (312), an electrode (313), a gas emitting element (314), A slit (Slit) (315), a first magnetic field element (321), a second magnetic field element (322), and a synchronization control unit (330) are included.
アークチャンバ（３１０）は、当業者であれば周知のように、イオン注入機（Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔ）工程に用いられる一種のボックス形状を有する。アークチャンバ（３１０）は、当業界において用いられる多様な形状のアークチャンバを意味するものであるが、本明細書においては、説明の便宜のために、ボックス形状のアークチャンバ（３１０）を一例として説明する。また、アークチャンバ（３１０）は、電圧Ｖｆが印加されて第１電圧で等電位面（Ｅｑｕｉｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ）を形成することがある。 As is well known to those skilled in the art, the arc chamber (310) has a kind of box shape used for an ion implanter (Ion Implant) process. The arc chamber (310) refers to arc chambers of various shapes used in the industry. For convenience of explanation, the arc chamber (310) having a box shape is taken as an example in this specification. explain. Further, the arc chamber 310 may form an equipotential surface with the first voltage when the voltage Vf is applied.
スリット（３１５）は、アークチャンバ（３１０）の第１面に設置される。図３に示されたように、スリット（３１５）は、アークチャンバ（３１０）の上面を形成する第１面に設置される。スリット（３１５）を介してアークチャンバ（３１０）内に存在するイオンが抽出されることができるが、これは後述する。 The slit (315) is installed on the first surface of the arc chamber (310). As shown in FIG. 3, the slit (315) is installed on a first surface that forms the upper surface of the arc chamber (310). The ions present in the arc chamber (310) can be extracted through the slit (315), which will be described later.
フィラメント（３１１）は、前記第１面と直交（Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）する前記アークチャンバの第２面に対応する前記アークチャンバ内部に設置され、所定の温度で加熱されて電子（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）を生成し、生成された電子はアークチャンバ（３１０）内部に放出される。 A filament (311) is installed inside the arc chamber corresponding to a second surface of the arc chamber that is perpendicular to the first surface, and is heated at a predetermined temperature to generate an electron. The emitted electrons are emitted into the arc chamber (310).
磁場素子（３２１および３２２）は、前記第２面および前記第２面と対向する第３面にそれぞれ対応するアークチャンバ（３１０）の外部にそれぞれ設置され、所定の電流が印加される場合、アークチャンバ（３１０）内に磁場（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ）が生成される。 The magnetic field elements (321 and 322) are respectively installed outside the arc chamber (310) corresponding to the second surface and the third surface facing the second surface, respectively, and when a predetermined current is applied, A magnetic field is generated in the chamber (310).
すなわち、第１磁場素子（３２１）は前記第２面、例えば、図３に示されたようにアークチャンバ（３１０）の左側面に対応する外部に設置される。第２磁場素子（３２２）は前記第３面、例えば、図３に示されたようにアークチャンバ（３１０）の右側面に対応する外部に設置される。 That is, the first magnetic field element (321) is installed outside the second surface, for example, the left side of the arc chamber (310) as shown in FIG. The second magnetic field element (322) is installed outside the third surface, for example, the right side surface of the arc chamber (310) as shown in FIG.
第１磁場素子（３２１）および第２磁場素子（３２２）に電流ソース（Ａ）から電流が印加される場合、第１磁場素子（３２１）および第２磁場素子（３２２）は磁場を生成する。 When a current is applied from the current source (A) to the first magnetic field element (321) and the second magnetic field element (322), the first magnetic field element (321) and the second magnetic field element (322) generate a magnetic field.
前記磁場は、アークチャンバ（３１０）内に形成されることができる。すなわち、第１磁場素子（３２１）がＮ極の役割を、第２磁場素子（３２２）がＳ極の役割を担当する。この時、前記磁場の方向は、第１磁場素子（３２１）から第２磁場素子（３２２）の方向となる。また、その反対の場合も可能である。すなわち、第１磁場素子（３２１）がＳ極の役割を、第２磁場素子（３２２）がＮ極の役割を担当することもある。 The magnetic field can be formed in an arc chamber (310). That is, the first magnetic field element (321) plays the role of the N pole, and the second magnetic field element (322) takes the role of the S pole. At this time, the direction of the magnetic field is from the first magnetic field element (321) to the second magnetic field element (322). The opposite case is also possible. That is, the first magnetic field element (321) may take the role of the S pole, and the second magnetic field element (322) may take the role of the N pole.
前記磁場は、フィラメント（３１１）から放出される電子の運動軌跡を長くして前記電子のアークチャンバ（３１０）内の残留時間を増加させることができる。これは、図４を参照して説明する。 The magnetic field can lengthen the motion trajectory of electrons emitted from the filament (311) and increase the remaining time of the electrons in the arc chamber (310). This will be described with reference to FIG.
図４は、本発明の一実施形態によって形成される磁場による電子の運動軌跡を示した図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a movement locus of electrons by a magnetic field formed according to an embodiment of the present invention.
上述したように、磁場素子（４２１および４２２）を介して形成された磁場は、電子の運動軌跡を長く制御することができる。すなわち、図４に示されたように、前記磁場によってフィラメント（４１１）から放出された電子は、一種の螺旋運動をするようになる。前記電子が螺旋運動をしながらアークチャンバ（４１０）内に残留する場合、前記電子の運動軌跡の長さが長くなることによって前記電子の残留時間も増加するようになる。 As described above, the magnetic field formed via the magnetic field elements (421 and 422) can control the movement trajectory of electrons long. That is, as shown in FIG. 4, electrons emitted from the filament (411) by the magnetic field have a kind of spiral motion. When the electrons remain in the arc chamber (410) while being spirally moved, the remaining time of the electrons is increased by increasing the length of the movement locus of the electrons.
従って、前記のように、電子のアークチャンバ（３１０）内の残留時間が増加することにより、前記電子がガス放出素子（３１４）から放出されるガスと衝突してイオンを生成する確率も高くなる。 Therefore, as described above, since the remaining time of the electrons in the arc chamber (310) increases, the probability that the electrons collide with the gas emitted from the gas emitting element (314) to generate ions is increased. .
また、図３において、ガス放出素子（３１４）は、前記第１面と対向するアークチャンバ（３１０）の第４面に設置され、アークチャンバ（３１０）内部に所定のガスを注入する。前記注入されるガスは、フィラメント（３１１）から放出された電子と衝突してイオンを生成する。 In FIG. 3, the gas emission element (314) is installed on the fourth surface of the arc chamber (310) facing the first surface, and injects a predetermined gas into the arc chamber (310). The injected gas collides with electrons emitted from the filament (311) to generate ions.
ガス放出素子（３１４）において、アークチャンバ（３１４）内部に注入する前記ガスは、ホウ素（Ｂ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ−ｄｏｐｉｎｇ）またはヒ素（Ａｓ、Ｎｅｇａｔｉｖｅ−ｄｏｐｉｎｇ）のいずれか一つを含む。 In the gas emission element (314), the gas injected into the arc chamber (314) includes one of boron (B positive-doping) and arsenic (As, negative-doping).
リペラー（３１２）は、前記第３面に対応するアークチャンバ（３１０）内部に設置され、アークチャンバに比べて低い電気的電位を有するように具現される。前記第３面は、前記第１面と直交して前記第２面と対向する方式で設計される。すなわち、リペラー（３１２）は、図３に示されたように、アークチャンバ（３１０）の右側面に設置される。 The repeller (312) is installed in the arc chamber (310) corresponding to the third surface, and is implemented to have a lower electrical potential than the arc chamber. The third surface is designed in a manner that is orthogonal to the first surface and faces the second surface. That is, the repeller (312) is installed on the right side of the arc chamber (310) as shown in FIG.
リペラー（３１２）は、電圧Ｖｒが印加されることによって陰極で導電されることができる。リペラー（３１２）が陰極で帯電されることによって、フィラメント（３１１）から放出されてリペラー（３１２）まで加速された電子は、リペラー（３１２）との斥力（Ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）によって再びフィラメント（３１２）方向に加速される。従って、前記電子のアークチャンバ（３１０）内の残留時間が増加される。 Repeller (312) may be a voltage V r is conductive with the cathode by being applied. When the repeller (312) is charged at the cathode, the electrons emitted from the filament (311) and accelerated to the repeller (312) are again directed in the direction of the filament (312) by the repulsion force with the repeller (312). To be accelerated. Therefore, the remaining time of the electrons in the arc chamber (310) is increased.
電極（３１３）は前記第４面に設置され、第２電圧が印加されてアークチャンバ（３１０）に電場を発生させる。すなわち、電極（３１３）に電圧Ｖｉが印加され、スリット（３１５）が設置されたアークチャンバ（３１０）の第１面と電極（３１３）の間に電場が発生する。 The electrode (313) is installed on the fourth surface, and a second voltage is applied to generate an electric field in the arc chamber (310). That is, a voltage is V i applied to the electrodes (313), an electric field is generated between the slits (315) first surface and the electrodes of the installed arc chamber (310) (313).
電極（３１３）に印加される第２電圧（電圧Ｖｉ）は、アークチャンバ（３１０）に印加される第１電圧より大きいことが好ましい。従って、前記第２電圧と第１電圧との電圧差によって電極（３１３）とスリット（３１５）の間に電場が発生する。 The second voltage (voltage V i ) applied to the electrode (313) is preferably greater than the first voltage applied to the arc chamber (310). Accordingly, an electric field is generated between the electrode (313) and the slit (315) due to the voltage difference between the second voltage and the first voltage.
前記電場は、アークチャンバ（３１０）内部に存在するイオンがスリット（３１５）を介して更によく抽出されることができるようにする。これに対しては、図５を参照して詳しく説明する。 The electric field allows ions present inside the arc chamber (310) to be better extracted through the slit (315). This will be described in detail with reference to FIG.
図５は、本発明の一実施形態によって前記電場が発生したアークチャンバ内のイオンの動きを示した図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating the movement of ions in the arc chamber where the electric field is generated according to an embodiment of the present invention.
上述したように、電極（５３３）によって発生した電場は、スリット（５３５）方向に形成される。前記電場は、陽極から陰極の方向に形成されるため、前記電場領域に位置する陽イオンは、前記電場によって前記電場の方向、すなわち図５においては、スリット（５３５）方向に移動する。 As described above, the electric field generated by the electrode (533) is formed in the direction of the slit (535). Since the electric field is formed in the direction from the anode to the cathode, the cations located in the electric field region move in the direction of the electric field by the electric field, that is, in the slit (535) direction in FIG.
すなわち、前記陽イオンがスリット（５３５）方向に移動するようになるため、抽出可能領域（５１０）により多くの陽イオンが位置することができ、これにより陽イオンがスリット（５３５）を介して外部に抽出される確率が高くなる。 That is, since the cation moves in the direction of the slit (535), more cations can be located in the extractable region (510), so that the cation is externally passed through the slit (535). The probability of being extracted is increased.
前記イオンは、スリット（５３５）周囲に形成される抽出可能領域（５１０）に位置する時に外部に抽出される。図５に示されたように、抽出可能領域（５１０）に位置するイオン（５２１）は、スリット（５３５）を介して外部に抽出されることができる。しかし、抽出可能領域（５１０）に位置しないイオン（５２２）は、前記外部に抽出されずにアークチャンバ（５３０）内に残留するようになり、各素子の寿命を短縮させるという結果を招来する。 The ions are extracted to the outside when located in an extractable region (510) formed around the slit (535). As shown in FIG. 5, the ions (521) located in the extractable region (510) can be extracted to the outside through the slit (535). However, ions (522) that are not located in the extractable region (510) remain in the arc chamber (530) without being extracted to the outside, resulting in a reduction in the lifetime of each element.
しかし、本発明のように、アークチャンバ（５３０）に電極（５３３）を設置してスリット（５３５）方向に電場を発生させる場合、抽出可能領域（５１０）に位置しないイオン（５２２）が前記電場から力を受けて抽出可能領域（５１０）に移動する。従って、アークチャンバ（５３０）内の残留イオンの数を減少させ、スリット（５３５）を介して外部に抽出されるイオンの数を増加させることができる。 However, when the electrode (533) is installed in the arc chamber (530) and the electric field is generated in the direction of the slit (535) as in the present invention, ions (522) not located in the extractable region (510) It moves to the extractable area (510) in response to the force from. Accordingly, the number of residual ions in the arc chamber (530) can be reduced, and the number of ions extracted to the outside through the slit (535) can be increased.
再び、図３において、同期制御部（３３０）は、磁場素子（３２１、３２２）と電極（３１３）に供給される電流信号および電圧信号が時間的に同期化されるように電流ソース（Ａ）および電圧ソース（Ｖｉ）を制御する。これは、図６を参照して詳しく説明する。 In FIG. 3 again, the synchronization control unit (330) includes the current source (A) so that the current signal and the voltage signal supplied to the magnetic element (321, 322) and the electrode (313) are synchronized in time. And controlling the voltage source (V i ). This will be described in detail with reference to FIG.
図６は、本発明の一実施形態による電流ソース（Ａ）および電圧ソース（Ｖｉ）の出力信号波形の一例を示した図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of output signal waveforms of a current source (A) and a voltage source (V i ) according to an embodiment of the present invention.
同期制御部（３３０）は、電極（３１３）および磁場素子（３２１および３２２）にそれぞれ階段波形（Ｓｔｅｐ Ｐｕｌｓｅ）、正弦波形（Ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ Ｐｕｌｓｅ）、またはのこぎり波形（Ｓａｗ Ｐｕｌｓｅ）のいずれか一つの信号が供給されるように電流ソース（Ａ）および電圧ソース（Ｖｉ）の出力信号を制御することができる。 The synchronization control unit (330) receives one of a step waveform, a sinusoidal waveform, and a saw waveform on the electrode (313) and the magnetic field elements (321 and 322), respectively. The output signals of the current source (A) and voltage source (V i ) can be controlled to be supplied.
前記出力信号は、前記波形だけではなく、当業界において用いられるより多様な種類の波形をすべて含んで具現されることができる。このように、電極（３１３）および磁場素子（３２１および３２２）に供給される出力信号は、所定の周期を有する波形で具現されることができる。図６においては、前記出力信号が階段波形で具現された例をあげて説明することにする。 The output signal may be implemented to include not only the waveform but also all types of waveforms used in the industry. As described above, the output signals supplied to the electrode (313) and the magnetic field elements (321 and 322) can be embodied as a waveform having a predetermined period. In FIG. 6, an example in which the output signal is embodied in a staircase waveform will be described.
図６に示されたように、同期制御部（３３０）は、電極（３１３）にＴｏｎの時間内で電圧信号を供給し、前記Ｔｏｎ以後、Ｔｏｆｆの時間内では前記電圧信号を供給しないことがある。また、同期制御部（３３０）は、磁場素子（３２１および３２２）にＴｓｙｎｃの時間内で電流信号をＴｎｏｒｍａｌの間の電流より大きく供給し、前記Ｔｓｙｎｃ以後、Ｔｎｏｒｍａｌの時間内で前記電流信号をＴｓｙｎｃよりは小さい一定した値の電流を供給する。 As shown in FIG. 6, the synchronization control unit (330) supplies a time voltage signal in the electrode (313) to T on, the T on after the supply of the voltage signal within the T off time There are things that do not. The synchronous control unit (330), the time within the current signal T sync supplies greater than the current between T normal to the magnetic field element (321 and 322), the T sync after the in T normal time A constant current smaller than T sync is supplied as a current signal.
この時、同期制御部（３３０）は、電場素子（３１３）および磁場素子（３２１および３２２）に供給される前記各出力信号を時間的に同期化することができる。すなわち、同期制御部（３３０）は、前記Ｔｏｎと前記Ｔｓｙｎｃが互いに同一するように電流ソース（Ａ）および電圧ソース（Ｖｉ）の出力信号を制御することができる。 At this time, the synchronization control unit (330) can temporally synchronize the output signals supplied to the electric field element (313) and the magnetic field elements (321 and 322). That is, the synchronization control unit (330) may be said with the T on T sync to control the output signal of the current source (A) and a voltage source (V i) to same.
従って、電極（３１３）および磁場素子（３２１および３２２）には時間的に同期化された出力信号が印加されることができる。すなわち、前記場素子（３１３）の電場と磁場素子（３２１および３２２）の磁場は、互いに同時にオンオフ（Ｏｎ／Ｏｆｆ）される。 Therefore, time-synchronized output signals can be applied to the electrode (313) and the magnetic field elements (321 and 322). That is, the electric field of the field element (313) and the magnetic field of the magnetic field elements (321 and 322) are turned on / off simultaneously (On / Off).
このように、前記電場と磁場のオンオフを時間的に同期化する場合、前記出力信号による電子の損失（Ｌｏｓｓ）を減らすことができる。 As described above, when the on / off of the electric field and the magnetic field are synchronized in time, the loss (loss) of electrons due to the output signal can be reduced.
また、前記階段波形は、Ｔｔｏｔａｌの周期を有するように設定されることができるが、同期制御部（３３０）は、前記周期をユーザの選択によって多様に設定して電力信号が供給されるように制御することができる。また、同期制御部（３３０）は、前記電圧／電流信号が印加される時間比率であるＴｏｎ／Ｔｔｏｔａｌを多様に設定することができる。 In addition, the staircase waveform may be set to have a period of Ttotal , but the synchronization controller 330 may supply the power signal with various settings of the period according to the user's selection. Can be controlled. In addition, the synchronization controller 330 may set various values of T on / T total that is a time ratio during which the voltage / current signal is applied.
このように、前記電圧／電流信号の印加周期を制御することによってスリット（３１５）を介し、外部に抽出されるイオンの量を制御することができる。 Thus, by controlling the voltage / current signal application period, the amount of ions extracted to the outside through the slit (315) can be controlled.
これまで説明したように、本発明のイオン注入機のイオン発生装置によると、電場を発生してアークチャンバ内のイオンがより円滑に外部に抽出されるようにすることができる。また、磁場素子および電場素子に印加される電流および電圧信号を時間的に同期化させることによって出力信号の印加時に発生する恐れのある電子の損失（Ｌｏｓｓ）を減らすことができ、外部に抽出されるイオンの量を制御することができる。 As described above, according to the ion generator of the ion implanter of the present invention, an electric field can be generated so that ions in the arc chamber can be more smoothly extracted to the outside. In addition, by synchronizing the current and voltage signals applied to the magnetic field element and the electric field element in time, the loss of electrons (Loss) that may occur when the output signal is applied can be reduced and extracted to the outside. The amount of ions to be controlled can be controlled.
図７は、本発明のイオン発生装置を介してアークチャンバ内に電場および磁場を印加した時、前記アークチャンバ内のイオン挙動を示した図である。 FIG. 7 is a diagram showing ion behavior in the arc chamber when an electric field and a magnetic field are applied to the arc chamber through the ion generator of the present invention.
図７の（ａ）に示されたように、従来技術によってアークチャンバに磁場のみを印加し、電場は印加しない場合（一例として、ＮｏｎＶｉ、Ｂ＝１００Ｇ）、イオンが前記アークチャンバ内の下部分に主に位置していることを知ることができる。 As shown in FIG. 7 (a), when only a magnetic field is applied to the arc chamber according to the prior art and no electric field is applied (for example, NonV i , B = 100G), ions are moved under the arc chamber. You can know that it is mainly located in the part.
従って、前記イオンが前記アークチャンバ内の抽出可能領域に位置しなくなるため、抽出されるイオンの量は少なく、アークチャンバ内に残留するイオンの数は多くなり、アークチャンバ内の各素子の寿命が短縮されることがある。 Accordingly, since the ions are not located in the extractable region in the arc chamber, the amount of ions to be extracted is small, the number of ions remaining in the arc chamber is large, and the lifetime of each element in the arc chamber is reduced. It may be shortened.
しかし、図７の（ｂ）に示されたように、電極に適量の電圧を印加してアークチャンバ内のスリット方向の電場を発生させる場合（一例として、Ｖｉ＝３００Ｖ、Ｂ＝２００Ｇ）、イオンは主にアークチャンバ内の抽出可能領域に位置する。従って、前記イオンの抽出率が増加するようになり、残留イオンの数を減少させることができる。 However, as shown in FIG. 7B, when an appropriate amount of voltage is applied to the electrodes to generate an electric field in the slit direction in the arc chamber (as an example, V i = 300V, B = 200G), Ions are mainly located in the extractable region in the arc chamber. Therefore, the extraction rate of the ions increases, and the number of residual ions can be reduced.
また、前記イオンは、質量が大きいため磁場の影響を受けない。前記イオンは、前記電場の影響によって前記抽出可能領域に継続して位置することができる。前記電場の強さおよび磁場の強さは、状況によって最適化された組み合わせで多様に設定されることができる。 The ions are not affected by the magnetic field because of their large mass. The ions can be continuously located in the extractable region due to the influence of the electric field. The strength of the electric field and the strength of the magnetic field can be variously set in combinations optimized according to the situation.
以上のように、本発明は限定された実施形態と図面によって説明されたが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する分野において通常の知識を有する者にとっては、このような記載から多様な修正および変形が可能であろう。従って、本発明の思想は、添付の特許請求の範囲によってのみ把握されなければならず、この均等または等価的変形のすべては、本発明思想の範疇に属することは言うまでもない。 As described above, the present invention has been described with reference to the limited embodiments and drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and for those who have ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs. Various modifications and variations will be possible from such description. Therefore, the idea of the present invention should be understood only by the appended claims, and it goes without saying that all the equivalent or equivalent modifications belong to the category of the present invention.
３１０ アークチャンバ、
３１ １フィラメント、
３１２ リペラー、
３１３ 電場素子、
３１４ ガス放出素子、
３１５ スリット、
３２１ 第１磁場素子、
３２２ 第２磁場素子、
３３０ 同期制御部。
310 arc chamber,
31 1 filament,
312 Repeller,
313 electric field element,
314 gas release element,
315 slit,
321 first magnetic field element;
322 second magnetic field element;
330 Synchronization control unit.
Claims (5)
イオン抽出のためのスリットが設置され、第１電圧で等電位面を形成するアークチャンバと、
前記アークチャンバ内部に設置され、所定の温度で加熱されて電子を生成するフィラメントと、
前記アークチャンバ外部に設置され、電流ソースから電流が印加されて前記アークチャンバ内に磁場を発生させる磁場素子と、
前記アークチャンバ内部に所定のガスを注入するガス放出素子と、
前記スリットと対面して位置し、電圧ソースから前記第１電圧より大きい値を有する第２電圧が印加されて前記アークチャンバ内に電場を発生させる電極とを含むことを特徴とするイオン注入機のイオン発生装置。 In the ion generator of the ion implanter,
An arc chamber in which slits for ion extraction are installed to form an equipotential surface at a first voltage;
A filament installed inside the arc chamber and heated at a predetermined temperature to generate electrons;
A magnetic field element installed outside the arc chamber and generating a magnetic field in the arc chamber when a current is applied from a current source;
A gas release element for injecting a predetermined gas into the arc chamber;
An ion implanter comprising: an electrode positioned facing the slit and applied with a second voltage having a value greater than the first voltage from a voltage source to generate an electric field in the arc chamber. Ion generator.
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